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美开发出可植入皮下的碳纳米管传感器

2013-12-04 sensor 815

据物理学家组织网近日报道,美国麻省理工学院的研究人员开发出一种碳纳米管传感器,被植入皮肤下后,可全年实时监测活体动物体内的分子活动,如炎症反应即产生一氧化氮(NO)的过程,或监测血糖或胰岛素水平,而无需再像传统方式那样采取血样。该研究结果发表在《自然·纳米技术》上。

研究带头人博士后妮可·艾弗森在斯特拉诺实验室制造出了可用作长期监测的碳纳米管传感器,并将其植入糖尿病患者的皮肤下,以监测他们的血糖或胰岛素水平。研究人员用近红外激光器照射这些传感器,即可读出其产生的近红外荧光信号,以判断碳纳米管和其他背景荧光之间的差异。

碳纳米管传感器一氧化氮是活细胞中最重要的信号分子,具有在大脑内运送信息及调整免疫系统的功能。在许多癌细胞中,其水平是波动的,但很少有人知道一氧化氮在健康细胞和癌细胞内的表现方式。麻省理工学院化学工程教授迈克尔·斯特拉诺说:“一氧化氮在癌症演进过程中扮演着矛盾的角色,为了更好地了解它,我们需要新的工具。该传感器提供了一个用于体内实时测量一氧化氮及其他潜在分子活动的新手段。”

在这项新研究中,研究人员修改了碳纳米管,创建了两个不同类型的传感器:一个可以被注射到血液中用于短期监测;另一个可嵌入到凝胶中,以便植入肌肤用于长期监测。

就短期监测而言,为了使纳米粒子可注射,艾弗森附加了聚乙二醇(PEG),一种可以抑制血液中粒子聚集的生物相容性聚合物。她发现,当注射到小鼠体内,可流动的颗粒通过肺和心脏时没有造成任何损害。大部分的颗粒积聚在肝脏中,在那里它们可以监视与炎症有关的一氧化氮。

较长期的传感器则被嵌入在由藻酸盐制成的凝胶中,一旦这种凝胶被植入老鼠皮下,可在一个地方停留并保持功能400天,甚至持续更长的时间。这种传感器可用于监测癌症或其他炎症性疾病、人造髋关节患者的免疫反应或其他植入装置。

大多数糖尿病患者必须每天数次刺破其手指以采取血样。虽然有可以附着在皮肤上的电化学葡萄糖传感器,但这些传感器至多只能持续一个星期,因为电极会刺穿皮肤,有感染的危险。这种新型碳纳米管传感器可实时监测血糖与胰岛素,而不必刺穿患者的手指。

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